高考物理 考前30天冲刺押题系列实验06 验证动量守恒定

【备战2013】高考物理考前30天冲刺押题系列实验06 验证动
量守恒定律
【实验目的】
研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒．
【实验原理】
利用图-1的装置验证碰撞中的动量守恒，让一个质量较大的球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端上的另一个质量较小的球发生碰撞，两球均做平抛运动．由于下落高度相同，从而导致飞行时间相等，我们用它们平抛射程的大小代替其速度．小球的质量可以测出，速度也可间接地知道，如满足动量守恒式m1v1=m1v1＇+m2v2＇，则可验证动量守恒定律．进一步分析可以知道，如果一个质量为m1，速度为v1的球与另一个质量为m2，速度为v2的球相碰撞，碰撞后两球的速度分别为v1＇和v2＇，则由动量守恒定律有：m1v1+m2v2=m1v1＇+m2v2＇
【实验器材】
两个小球（大小相等，质量不等）；斜槽；重锤线；白纸；复写纸；天平；刻度尺；圆规．
【实验步骤】
1.用天平分别称出两个小球的质量m1和m2；
2.按图-2安装好斜槽，注意使其末端切线水平，并在地面适当的位
置放上白纸和复写纸，并在白纸上记下重锤线所指的位置O点.
3.首先在不放被碰小球的前提下，让入射小球从斜槽上同一位置从
静止滚下，重复数次，便可在复写纸上打出多个点，用圆规作出尽可能小的圆，将这些点包括在圆内，则圆心就是不发生碰撞时入射小球的平均位置P点（图-40）；
4.将被碰小球放在斜槽末端上，使入射小球与被碰小球能发生正碰；
5.让入射小球由某一定高度从静止开始滚下，重复数次，使两球相碰，按照步骤(3)的办法求出入球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N；
6.过ON在纸上做一条直线，测出OM、OP、ON的长度；
7.将数据代入下列公式，验证公式两边数值是否相等（在实验误差允许的范围内）：m1·OP=m1·O M+m2·ON
【注意事项】
1．“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件．
2．测定两球速度的方法，是以它们做平抛运动的水平位移代表相应的速度．
3．斜槽末端必须水平，检验方法是将小球放在平轨道上任何位置，看其能否都保持静止状态．
4．入射球的质量应大于被碰球的质量．
5．入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下．方法是在斜槽上的适当高度处固定一档板，小球靠着档板后放手释放小球．
6．实验过程中，实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．
7．m1·OP=m1·O M+m2·ON式中相同的量取相同的单位即可．
【误差分析】
误差来源于实验操作中，两个小球没有达到水平正碰，一是斜槽不够水平，二是两球球心不在同一水平面上，给实验带来误差．每次静止释放入射小球的释放点越高，两球相碰时作用力就越大，动量守恒的误差就越小．应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差．
下列一些原因可能使实验产生误差：
1．若两球不能正碰，则误差较大；
2．斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差；
3．O、P、M、N各点定位不准确带来了误差；
4．测量和作图有偏差；
5．仪器和实验操作的重复性不好，使得每次做实验时不是统一标准．
【2013高考突破】
1．(8分)在验证碰撞中的动量守恒的实验中，入射小球在斜槽轨道上释放点的高低对实验影响的下列说法正确的是( ) A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小
B．释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度测
量值越精确
C．释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后总动量之差越小，误差越小
D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越小
2．(8分)现有下列A、B、C、D四个小球，在做“验证动量守恒定律”的实验时，入射小球、被撞小球应分别选用( ) A．质量20g，直径为3.2cm
B．质量22g，直径为3.0cm
C．质量为40g，直径为2.0cm
D．质量为4g，直径为2.0cm
3．(8分)在本实验中，产生误差的主要原因是( ) A．碰撞前入射小球的速度方向，碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是绝对沿水平方向
B．小球在空气中飞行时受到空气阻力
C．通过复写纸描得的各点，不是理想点，有一定的大小，从而带来作图上的误差
D．测量长度时有误差
4．(8分)做“验证碰撞中的动量守恒”实验中，称得小球的质量m1＝0.1kg，m2＝0.05kg，应选________做入射小球．斜槽末端边缘在白纸上的投影为O，碰撞前后两球多次落点的平均位置分别为P、M、N，但N点的位置模糊不清．请你根据动量守恒和图中的读数判定N点的位置应在________cm的刻度线上．
【解析】根据入射球质量大于被碰球质量的实验要求，应选质量为m1的小球做入射
5．(8分)(1)“验证动量守恒定律”的实验装置原来的教科书采用图甲所示的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图乙所示的方法．两个实验装置的区别在于：①悬挂重垂线的位置不同；②图甲中设计有一个支柱(通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下)，图乙中没有支柱，图甲中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过O、O′点的竖直线上，重垂线只确定了O点的位置，比较这两个实验装置，下列说法正确的是( )
A．采用图甲所示的实验装置时，需要测出两小球的直径
B．采用图乙所示的实验装置时，需要测出两小球的直径
C．为了减小误差，采用图甲所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑
D．为了减小误差，采用图乙所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑
(2)在做“验证动量守恒定律”的实验中：
如果采用(1)题图乙所示装置做实验，某次实验得出小球的落点情况如图丙所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，则碰撞小球质量m1和被碰撞小球质量m2之比m1m2________.
6．(12分)用如图所示的装置验证动量守恒定律．质量为m A的钢球A用细线悬挂于O点，质量为m B的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L，使悬线在
A球释放前张直，且线与竖直线的夹角为α.A球释放后摆动到与竖直线夹角β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点．
(1)图中s应是B球初始位置到________的水平距离．
(2)为了验证两球碰撞过程动量守恒，应测得________、________、________、________、________、________、________等物理量．
(3)用测得的物理量表示碰撞前后A球、B球的动量：p A＝________，p A′＝________，p B＝________，p B′＝________.
7．(12分)在“验证碰撞中的动量守恒”实验中，让质量为m1的小球从斜面上某处自由滚下，与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生对心碰撞，则
(1)两小球质量的关系应满足( )
A．m1＝m2B．m1>m2
C．m1<m2D．没有限制
(2)实验必须满足的条件是( )
A．斜槽轨道末端的切线必须是水平的
B．斜槽轨道必须光滑
C．入射球m1每次必须从同一高度滚下
D．入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度
(3)实验中必须测量的量是( )
A．小球的质量m1和m2
B．小球半径R1和R2
C．桌面离地的高度H
D．小球起始高度
E．从两球相碰到两球落地的时间
F．小球m1单独滚下的水平距离
G．两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离
8．(12分)某同学用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，先将球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平面上的记录纸上留下压痕，重复10次，再把同样大小的球b放在斜槽轨道水平端的最右端处静止，让球a仍从原来固定点由静止开始滚下，且与b球相碰，碰后两球分别落在记录纸上的不同位置，重复10次．
(1)确定小球的平均落点的方法是______________________．
(2)放上被碰小球，两球相碰后，小球a、b的平均落点位置依次是图中的点________
和点________．
(3)a、b两球在记录纸上留下的落点痕迹如图所示，其中米尺的零点与O点对齐，则撞后b球的水平射程应为________cm.
(4)某同学在做该实验时，不小心把a、b球位置换了，即把质量较大的a球(质量为m a)当成了被碰球，把质量较小的b球(质量为m b)当成了入射球．结果b球单独滚下时，平均落点为C点，而b球与a球相碰后不能向前抛出，b球和a球平均落点分别为A点和B点(如图所示)．该同学测出了相关的物理量，利用这些数据也能判断碰撞中的动量守恒，判断的依据是看________和________在误差允许的范围内是否相等．
9．(12分)为了验证碰撞中的动量是否守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失)，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤进行实验．
①用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2，且m1>m2)．
②按照如图所示，安装好实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端．
③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置．
④将小球m2放在斜槽前端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置．
⑤用毫米刻度尺量出各个落点到斜槽末端点B的距离．上图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为L D、L E、L F.
根据该同学的实验，回答下列问题：
(1)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的________点，m2的落点是图中的________点；
(2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式________，则说明碰撞中的动量是守恒的．
10．(12分)如图所示，在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中的守恒”的实验，实验步骤如下：
①把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态；
②按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A 和B与挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2；
③重复几次取t1和t2的平均值．
(1)在调整气垫导轨时应注意____________________；
(2)应测量的数据还有______________________；
(3)只要关系式________成立，
即可得出碰撞中不变的量是mv的矢量和．。